建筑能源模拟
建築エネルギーシミュレーション
理论与物理
概述
老师！今天要讲建筑能源模拟对吧？那具体是什么内容呢？
是计算全年冷热负荷。综合围护结构性能、太阳辐射得热、内部发热来预测能源消耗。
控制方程
$$ Q_{load} = UA(T_{in}-T_{out}) + \dot{m}c_p(T_{in}-T_{out}) $$
$$ Q_{solar} = SHGC \cdot A_{win} \cdot I_{solar} $$
我明白前辈说的“建筑能源模拟一定要认真做”是什么意思了。
离散化方法
这些方程在计算机上具体是怎么求解的呢？
要使用有限元法（FEM）进行空间离散。组装单元刚度矩阵，构建整体刚度方程。
矩阵求解算法
矩阵求解算法具体是指什么呢？
通过直接法（LU分解、Cholesky分解）或迭代法（CG法、GMRES法）来求解线性方程组。对于大规模问题，带预处理的迭代法非常有效。
| 解法 | 分类 | 内存使用量 | 适用规模 |
|---|---|---|---|
| LU分解 | 直接法 | O(n²) | 小～中规模 |
| Cholesky分解 | 直接法（对称正定） | O(n²) | 小～中规模 |
| PCG法 | 迭代法 | O(n) | 大规模 |
| GMRES法 | 迭代法 | O(n·m) | 大规模·非对称 |
| AMG预处理 | 预处理 | O(n) | 超大规模 |
也就是说，如果在有限元法这部分偷懒，后面就会吃苦头对吧。我铭记在心！
商用工具中的实现
那么，进行建筑能源模拟可以用哪些软件呢？
| 工具名 | 开发商/现状 | 主要文件格式 |
|---|---|---|
| Ansys Fluent | Ansys Inc. | .cas, .dat, .msh, .jou |
| COMSOL Multiphysics | COMSOL AB | .mph |
| Simcenter STAR-CCM+ | Siemens Digital Industries Software | .sim, .java, .csv |
| Ansys Mechanical (旧ANSYS Structural) | Ansys Inc. | .cdb, .rst, .db, .ans, .mac |
供应商谱系与产品整合历程
各个软件的诞生过程，是不是还挺有戏剧性的？
Ansys Fluent
接下来是Ansys Fluent的内容对吧？具体讲什么？
COMSOL Multiphysics
请介绍一下“COMSOL Multiphysics”！
1986年在瑞典成立。最初作为与MATLAB联动的FEMLAB开始，后更名为COMSOL。在多物理场方面有优势。
当前所属: COMSOL AB
听到这里，我终于深刻理解为什么开发很重要了！
Simcenter STAR-CCM+
接下来是Simcenter STAR的内容对吧？具体讲什么？
哇～，关于开发的故事，真是太有趣了！请再多讲一些。
文件格式与互操作性
在不同求解器之间转换模型时，需要注意单元类型的对应关系、材料模型的兼容性、载荷与边界条件的表达差异。特别是高阶单元和特殊单元（如粘聚单元、用户自定义单元等），在求解器之间往往无法直接转换。
原来如此…格式这东西，乍一看简单，实际上内涵非常深奥啊。
实务注意事项
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